该段位于馒头组三段上部— 张夏组底部, 鲕粒灰岩层厚10~50 cm, 呈波状、透镜体状, 与泥岩及以叠层石为代表的微生物岩互层产出(图2中A段; 图3-a)。灰岩中鲕粒含量为50%~70%(图 3-b), 主要为放射鲕及同心— 放射鲕(表 1), 形态多为次圆状— 圆状、椭圆状、棒状(图3-c, 3-d, 3-e, 3-f, 3-g), 粒径偏大, 裸眼可察, 通常为0.8~1.5 mm。鲕核主要由富含有机质的暗色团粒和生物碎屑(图 3-d)构成, 粒径大, 清晰可见, 通常占整个鲕粒直径的比例超过1/5。鲕粒放射包壳中可见明亮的针状方解石围绕鲕核辐射生长(图 3-c)。生屑含量为5%~15%, 主要为三叶虫、软舌螺、棘皮类及少量的双壳类、介形虫等, 大部分保存较为完整, 磨蚀程度低, 分选差。鲕粒间灰泥含量极高, 构成鲕粒的明亮方解石和生物碎屑与暗色的泥晶基质形成鲜明对比(图 3-c, 3-d, 3-e, 3-f, 3-g)。

图3

Fig.3

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	图3 登封王窑剖面馒头组三段— 张夏组底部鲕粒及鲕粒灰岩Fig.3 Ooids and oolitic limestones from the Member 3 of Mantou Formation to bottom of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 登封王窑剖面馒头组三段— 张夏组底部鲕粒及生屑特征 Table 1 Characteristics of ooids and bioclasts in the Member 3 of Mantou Formation to bottom of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

表1 登封王窑剖面馒头组三段— 张夏组底部鲕粒及生屑特征 Table 1 Characteristics of ooids and bioclasts in the Member 3 of Mantou Formation to bottom of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 登封王窑剖面张夏组下部及中部鲕粒及生屑特征 Table 2 Characteristics of ooids and bioclasts in the lower to middle part of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

表2 登封王窑剖面张夏组下部及中部鲕粒及生屑特征 Table 2 Characteristics of ooids and bioclasts in the lower to middle part of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

该段位于张夏组下部至中部, 鲕粒灰岩常与竹叶状砾屑灰岩、核形石灰岩及生物碎屑灰岩伴生(图2中B段; 图4-a)。鲕粒含量为20%~50%, 以同心鲕(图4-f)、同心— 放射鲕为主(表 2), 常见微晶鲕、椭圆鲕(图 4-e)、棒状鲕(图 4-b)和复鲕(图 4-d)等, 粒径为0.7~1.0 mm。鲕核大小不一, 以内碎屑、生屑及砂屑为主, 磨圆度差— 较好。生屑含量为8%~15%, 主要有三叶虫、棘皮类、软舌螺及海绵类等, 生屑碎片保存不太完整, 分选差— 较好, 磨蚀程度中等。鲕粒见选择性白云岩化现象, 少量(< 10%)出现同生期的溶蚀作用。鲕粒之间主要为微亮晶及亮晶方解石胶结。

图4

Fig.4

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	图4 登封王窑剖面张夏组下部— 中部鲕粒及鲕粒灰岩Fig.4 Ooids and oolitic limestones from the lower to middle part of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

该段发育于张夏组上部巨厚层云质鲕粒灰岩中(图2中C段; 图5-a), 岩性稳定, 为厚层鲕粒灰岩夹少数薄层微晶灰岩。鲕粒含量高达70%以上, 以白云化的同心鲕为主(表 3), 粒径在0.4~0.6 mm之间, 浑圆状, 个体大小差异小。鲕核极小, 通常小于鲕粒直径1/10以下, 以至于在镜下不易辨别, 其以极细的砂屑、生物骨屑及不明质点微粒为主, 片状生屑鲕核少见。生物碎屑含量和粒径较前两段明显减少, 亮晶的骨屑颗粒常见, 且高度破碎、磨蚀程度高、分选好。鲕粒之间通常呈点接触, 颗粒间为亮晶胶结, 可明显见2期或多期的亮晶方解石胶结物(图 5-d), 世代明显。此外, 同生期的溶蚀孔(图 5-b, 5-e)及鲕粒压溶现象较普遍, 鲕粒颗粒与亮晶胶结物之间的差异性白云化现象(图 5-c)极为常见。

图5

Fig.5

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	图5 登封王窑剖面张夏组上部鲕粒灰岩及鲕粒Fig.5 Ooids and oolitic limestones from the upper part of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 登封王窑剖面张夏组上部鲕粒及生屑特征 Table 3 Characteristics of ooids and bioclasts in the upper part of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

表3 登封王窑剖面张夏组上部鲕粒及生屑特征 Table 3 Characteristics of ooids and bioclasts in the upper part of Zhangxia Formation in Wangyao section, Dengfeng area

经过对每块薄片中鲕粒及生屑的粒径量化统计并加权计算后, 进而取得每个层位(b1~b24)的鲕粒平均粒径、鲕粒含量、生屑含量、放射鲕粒含量、同心鲕粒含量、溶蚀及白云岩化鲕粒含量、生屑核鲕粒含量等信息, 绘制出豫西登封寒武系第三统鲕粒垂向变化特征曲线图(图 6)。根据曲线变化特征, 该剖面鲕粒灰岩可划分为A、B、C共3个段, 具有4个明显特征:(1)A、B段鲕粒含量与粒径呈正相关, C段则呈负相关; (2)自A段至C段, 放射鲕粒含量减少, 同心鲕粒含量增多; (3)灰岩中生屑总含量基本稳定, 但生屑核鲕粒含量逐渐减少; (4)白云岩化及溶蚀鲕粒含量到C段急剧增多。

图6

Fig.6

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	图6 登封王窑剖面寒武系第三统鲕粒垂向变化特征Fig.6 Vertical variation of ooids of the Cambrian Series 3 in Wangyao section, Dengfeng area

在馒头组三段沉积晚期及张夏组沉积初期, 鲕粒灰岩基本与不稳定的中厚层状泥晶灰岩及薄层泥岩伴生发育, 水平层理为主。薄板状灰岩及泥岩呈多个旋回叠加, 为典型的混合沉积, 应为浪基面之下的较深水沉积(图 2中A段)。随着泥岩厚度向上逐渐变薄, 泥晶灰岩开始变厚, 中薄层波状或透镜体鲕粒灰岩开始发育, 野外可见一些大型的交错层理, 水体有逐渐变浅的趋势, 但基本处于浪基面附近。此阶段虽有鲕粒灰岩分布, 但碳酸盐沉积经常被陆源沉积中断, 缺乏鲕粒生成环境, 只零星发育一些薄层的、不连续的鲕粒灰岩, 且分布范围小, 野外露头追踪发现其厚薄不均、连续性很差, 甚至有尖灭现象。由于处于偏低能的环境及沉积速率较低, 鲕粒悬浮时间短, 鲕粒在水— 沉积界面沿基底滚动或原地摆动的生长时间更长, 常形成如放射鲕、椭圆鲕及棒状放射鲕。由于有充足的生长时间和偏低的掩埋速率, 以及低能环境下颗粒间极低的磨蚀速率, 这个阶段形成的鲕粒自形程度极高、粒径极大、结构多样。鲕粒核心大而明显, 类型多样, 以泥晶藻团、生屑及内碎屑为主, 说明鲕核没有经过充分的分选及磨蚀。鲕粒基本没有溶蚀作用, 颗粒间被灰泥充填。推断该阶段的鲕粒灰岩形成于正常浪基面之下较深水的台地低能深斜坡环境(图 7中A)。

图7

Fig.7

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	图7 登封王窑剖面寒武系第三统鲕粒灰岩分布模式Fig.7 Distribution model of oolitic limestones of the Cambrian Series 3 in Wangyao section, Dengfeng area

张夏组沉积早— 中期, 风暴浪盛行, 海平面快速波动, 这个过程可分为两个阶段(图2中B段)。前期, 鲕粒沉积受到风暴活动频繁的干扰和改造, 陆源泥岩沉积基本结束。野外露头上可见鲕粒灰岩中发育交错层理及丘状层理等, 特别是b7~b12层发育6层20~160 cm厚的含竹叶状砾屑的鲕粒灰岩(图 4-a), 说明其一度持续处于风暴沉积环境。此阶段鲕粒有相当部分为异地搬运快速沉积的, 即使同层位的鲕粒其含量变化也很大, 鲕粒粒径变化亦较大, 结构多样, 鲕粒生长具有明显的多期性。后期, 即张夏组沉积中期b13~b18层沉积阶段, 相对海平面上升趋缓, 鲕粒灰岩建造速度逐渐赶上或超过海平面的上升速度, 相对水深逐渐变浅, 台地斜坡沉积有转向滩相沉积的趋势。但是, 由于受到相对较稳定海平面的控制, 每次鲕粒灰岩建造加积到海平面附近时就会持续一段时间。当海平面再次上升时, 鲕粒滩环境会逐渐转变为低能的台地斜坡环境, 鲕粒灰岩被微晶灰岩所覆盖, 由滩相环境演变为低能的滩后环境, 转而以发育微晶灰岩为主。因此, 在b13~b18层发育数个厚层的鲕粒灰岩与微晶灰岩旋回, 鲕粒灰岩厚度变大, 一般为80~200 cm。在B段沉积末期, 虽然受制于间歇性高能环境的影响, 鲕粒含量显著偏低(20%), 但鲕粒的粒径进一步变小(0.5 mm)、形态变得更加浑圆、结构多样性降低, 初步具备鲕粒滩相发育环境的窗口期(图 7中B)。

在张夏组沉积晚期, 研究区发育一套岩性单一的巨厚层云质鲕粒灰岩, 风化面触感粗糙, 中大型交错层理发育。与A、B段不同, 镜下发现C段中鲕粒粒径极小, 内部结构均匀, 很少见到大而明显的鲕核物质(图5), 特别是A、B段灰岩中常见的生屑鲕核到C段却极为少见, 与崮山组高水位体系域鲕粒滩相灰岩中浮游鲕粒的特征一致(Simone, 1980; 梅冥相, 2012)。推断一方面是由于持续高能环境加剧了生屑及内碎屑等主要成核物质的破碎及磨蚀, 使得偏小的鲕核物质对鲕粒形态的影响大大减小; 另一方面, 持续搅动的水体使鲕粒有更多的悬浮生长时间, 令鲕粒各个方向得到均衡的生长机会, 同时也加剧了鲕粒等颗粒之间的磨蚀作用, 提高了鲕粒的圆度, 生长成大鲕粒也就变得困难(图 7中C)。此外, 由于高速的滩相建造及相对水深的变浅, 滩体时常露出海面, 遭受大气淡水的选择性淋溶作用而形成溶蚀孔隙发育的鲕粒灰岩(图 5-b), 使得白云岩中粒间孔隙发育, 形成具有良好物性条件的鲕粒滩。

碳酸盐沉积与海平面升降有着密切的关系, 海平面升降引起的海水深度变化和动荡程度, 控制了滩体的发育特点与叠置样式。受华北地台跷跷板式抬升隆起以及相对平缓的海退作用影响, 张夏组沉积晚期研究区以发育进积型鲕粒滩沉积为主要特征(图8), 并且巨厚鲕粒滩形成于低频海平面变化的回落时期(柳永清等, 1999; 荣辉等, 2010)。由于海平面相对稳定, 当时的鲕粒滩持续处于正常浪基面之上, 特别是鲕粒滩的核部水动力条件最强, 波浪、潮汐水体的双向运动强烈, 有稳定的成鲕水动力环境, 导致其成为鲕粒“ 主要加工厂” 。鲕粒灰岩因建造速度相对较快而经常接近海平面或者出露而停止发育, 因而海平面变化更直接地控制了鲕粒滩建造的时空发育、进积迁移。张夏组沉积末期, 鲕粒滩随着相对海平面下降发生向海一侧叠加迁移、进积, 平面分布范围逐步扩大, 垂向厚度增大。

图8

Fig.8

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	图8 张夏组顶部进积型鲕粒滩发育模式Fig.8 Model of progradational oolitic shoals from the upper part of Zhangxia Formation